Hálózati és Szolgáltatási Architektúrák https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/vitmm130/ Architectures of Networks and Services Mérnök informatikus szak, MSc képzés Hálózatok és szolgáltatások szakirány 10. Alkalom 2009. április 20., Hétfı, IB.138, 8:30-10:00 http://opti.tmit.bme.hu/~cinkler/hsza/ http://hsnlab.tmit.bme.hu/~vidacs/education/vitmm131/2009/vitmm131-2009.htm Dr. Cinkler Tibor cinkler()tmit.bme.hu Egyetemi Docens BME TMIT Dr. Vidács Attila Egyetemi Docens BME TMIT TMIT: Távközlési és Médiainformatikai Tanszék
101
PE (Provider Edge) CE (Customer Edge) 102
Generic Alert Label (GAL) 103
Not compatible with MPLS!!! 104
Mi az MPLS-TP? Új szabvány az MPLS bıvítésére, melynek célja a jövı PTN (Packet Transport Network) kialakítása IETF és ITU-T összefogás!!! JWT: Joint Working Team IETF MPLS bıvítése transzport követelmények teljesítésével (ennek megfelelıen 5 JWT munkacsoport) Forwarding Plane Protection Management OAM Control Plane Architecture (e.g. G.8110.1) Equipment (e.g. G.8121) Protection (e.g. G.8131, G.8132) OAM (e.g. G.8113, G.8114) Network management (e.g. G.7710, G.7712, G.8151, ) Control plane (e.g. G.7713, G.7715, ) 105
Átugorjuk! http://www.acreo.se/templates/page 7105.aspx MPLS TP Possible extensions of IETF MPLS forwarding, OAM, survivability, network management and control plane protocols in support of ITU transport network requirements. The main effort is foreseen to be spent on extensions in support of OAM requirements. The group also has an activity on more general and fundamental multi-layer architectural questions. The goals are to clearly motivate a multi-layer network, through the answers to these questions, and to conclude on the relevant functions and corresponding network scenarios. 106
Átugorjuk! Alcatel-Lucent touts T-MPLS support on 1850 TSS http://lw.pennnet.com/articles/article_display.cfm?section=onart&publication_id=13&article_id=341114& C=NEWPR&dcmp=rss "Packet-based applications are driving service providers to transform their transport networks, migrating to packet-optical transport," explains Sterling Perrin, senior analyst, optical networking at Heavy Reading. "These converged packetoptical transport products will require connection-oriented Ethernet to make the SONET/SDH-to-Ethernet migration possible. T- MPLS today, with a path to MPLS-TP as it becomes standard, is the logical evolution path for this connection-oriented Ethernet technology," he says. 107
IETF doksik JWT Report on MPLS Architectural Considerations for a Transport Profile http://tools.ietf.org/html/draft-bryant-mpls-tp-jwt-report-00 draft-bryant-mpls-tp-jwt-report-00 Requirements for OAM in MPLS Transport Networks draft-vigoureux-mpls-tp-oam-requirements-01 M. Vigoureux (Editor) Alcatel-Lucent, D. Ward (Editor) Cisco Systems, Inc. M. Betts (Editor) Nortel Networks Internet Draft, Intended status: Informational Expires: April 2009 108
MPLS-TP Leads In Transport Where T-MPLS Fell Short (www.ipmplsforum.org/newsletter/newsletter_summer_08.html) BY SULTAN DAWOOD, VP OF MARKETING, IP/MPLS FORUM First and foremost, T-MPLS (aka Transport-MPLS), a connection-oriented packet standard, that was being formulated by the International Telecommunication Union (ITU-T) specifically for application in transport networks has ceased and is no longer being considered. After considerable debate and controversy related to possible interoperability issues with the widely deployed MPLS networks, a new Joint Working Team (JWT) has been formed consisting of members from both the Internet Engineering Task Force (IETF) and ITU-T to work on extending the current IETF defined MPLS functionality and to develop a new Transport Profile for MPLS which will be referred to as "MPLS-TP". The "MPLS-TP" will use the current existing MPLS data/forwarding plane architecture while allowing service providers to statically provision Label Switch Paths (LSPs) or tunnels, use traditional protection schemes like 1:1, 1+1 and ring topologies and transport-centric Operation, Administration and Maintenance (OAM) tools that line up with established architectures and support Performance Monitoring (PM) and Fault, Configuration, Accounting and Performance (FCAP) management. While "MPLS-TP" will not initially use a control plane and will rely on an external management plane, the fact that this profile is based on the traditional MPLS architecture will allow service providers in the future to expand their capabilities and interoperate with the traditional MPLS-based networks which use an integrated control plane. This change in direction with respect to the T-MPLS standard and the initiation of "MPLS-TP" is a good endorsement for IP/MPLS as a mature and proven technology. "MPLS-TP" allows service providers to extend MPLS from the existing Core and Edge into the Access portion of the network without re-inventing the wheel. MPLS has come a long way over the last decade and while it has still some further refining and improvements associated with it, it is a proven technology. Please feel free to access the ITU site that highlights the ITU-T s announcement with respect to the "MPLS-TP". 109
Szabványosítás 1/3 (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) T-MPLS - ITU-T Recommendations Overview (as of October 2007) Architecture and Definitions G.8110.1 Architecture G.8110 Amendment 1 Amendment 1 Amendment 2 Amendment 2 G.8101 Definitions Interface, OAM specifications G.8113 OAM Req. G.8114 OAM Mechanisms G.8112 Interfaces (UNI/NNI) Corrigendum 1 Corrigendum 1 Amendment 1 Amendment 1 Specific functionalities G.8131 Linear Protection Amendment 1 Amendment 1 G.8132 Ring Protection G.8121 Equipment Corrigendum 1 Corrigendum 1 Amendment 1 Amendment 1 Management G.8151 EMF G.8152 Infomodel Approved Rec Consented Rec Rec under revision Rec in progress Rec started Rec not planned yet T-MPLS work is in Q.9,11,12,14 in SG 15 and Q.5 in SG 13 110
Szabványosítás 2/3: T-MPLS Standardization Roadmap (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) Legend: SG15 Plenary SG13 Plenary (*) Not yet approved 2006 2007 2008 2009 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 02/06 11/06 04/07 06/07 01/08 02/08 11/08 Consent: G.8110.1 G.8112 G.8121 Consent: G.8101 G.8112 Cor.1 G.8121 Cor.1 G.8131 Consent: G.8113 G.8114 Consent: G.8110.1 Am.1 G.8121 Am.1 G.8131 Am.1 G.8151 Consent: G.8110.1 Am.2 G.8112 Am.1 G.8121 Am.2 G.8132 Consent: G.8110.1 Rev G.8112 Rev G.8121 Rev G.8131 Rev T-MPLS Phase 1 (Completed) T-MPLS architecture QoS capabilities Ethernet over T-MPLS p2p unidir & bidir connections Basic OAM toolset Linear Protection switching T-MPLS Phase 2 (Completed) p2mp unidir connections Enhanced and complete OAM toolset NE Management (EMF) EMF: Equipment Management Function T-MPLS Phase 3 (based on operator s input) Additions of new clients (ATM, PDH, FC) Ring Protection Switching Interop. with IP/MPLS at PW level Interop. with IP/MPLS at PSN Tunnel level Additional features (to be investigated) PSN: Packet Switched Network 111
Szabványosítás 3/3: (Forrás: T-MPLS Technology Overview, Stéphan Roullot, October 2007, Alcatel-Lucent) MPLS Transport - IETF Standards Overview (as of September 2007) Application pwe3-mpls- transport Application G.8110 Forwarding plane OAM specifications pwe3-vccv PW OAM mechanisms bfd-mpls BFD base RFC 4377 MPLS OAM reqts RFC 4379 LSP Ping RFC 3031 MPLS architecture RFC 3429 OAM alert label Specific functionalities RFC 3209 FRR RFC 4448 Ethernet PW RFC 3443 TTL in in MPLS RFC 3270 DiffServ support Control plane RFC 4447 PW LDP RFC 3209 RSVP-TE RFC 3471 GMPLS Signaling RFC 3473 GMPLS RSVP-TE published IESG eval, etc. WG draft Individual ID 112
MPLS: Multiprotocol Label Switching http://www.ietf.org/html.charters/mpls-charter.html A base technology for using label switching Implementation of label-switched paths over various packet based link-level technologies, such as Packet-over-Sonet, Frame Relay, ATM, and LAN technologies (e.g., all forms of Ethernet, Token Ring, etc.). This includes procedures and protocols for the distribution of labels between routers and encapsulation. Activities: point-to-multipoint (P2MP) MPLS traffic engineered point-to-multipoint (P2MP) MPLS OAM MPLS-specific aspects of traffic engineering for multi-areas/multi-as MPLS Transport Profile (MPLS-TP). The work on the MPLS TP will be coordinated between the working groups (e.g., MPLS, CCAMP, PWE3, and L2PVN) that are chartered to do MPLS-TP work 6n RFCs as of March 30, 2009 113
MPLS-TP MPLS-TP Requirements draft-ietf-mpls-tp-requirements-05 (March 10, 2009) Joint IETF ITU-T effort MPLS and PWE3 (IETF) and packet transport networks (ITU-T) operators look for the lowest network Total Cost of Ownership (TCO) Investment in equipment and facilities (Capital Expenditure (CAPEX)) Operational Expenditure (OPEX) 109 követelményt definiáltak!!! Lényeg az együttmőködés: MPLS-en se nagyon kelljen változtatni, transzporton sem mégis mőködjenek szépen együtt. 114
IETF CCAMP: Common Control and Measurement Plane http://www.ietf.org/html.charters/ccamp-charter.html coordinates the work within the IETF a common control plane and a separate common measurement plane for physical path and core tunnelling technologies of Internet and telecom service providers (ISPs and SPs) e.g. O-O and O-E-O optical switches, TDM Switches, Ethernet Switches, ATM and Frame Relay switches, IP encapsulation tunnelling technologies, and MPLS in cooperation with the MPLS WG Activities: Distributing topology and link state information Signalling and routing across multiple domains Resilience Etc. Jun 2009: Recharter or close Working Group 115
GELS: GMPLS Controlled Ethernet Label Switching http://www.ietf.org/proceedings/05nov/gels.html GMPLS signaling and routing is applicable to Layer 2 technologies control of Ethernet switches using GMPLS protocols in support of point-to-point paths http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-takacsccamp-gels-tests-00.txt (October 27, 2008) Takács Atti! 116
TRILL (GELS-konkurencia) TRILL: Transparent Interconnection of Lots of Links http://www.ietf.org/html.charters/trill-charter.html A solution for shortest-path frame routing In multi-hop IEEE 802.1-compliant Ethernet networks with arbitrary topologies Using an existing link-state routing protocol technology Properties: Minimal or no configuration required Load-splitting among multiple paths Routing loop mitigation (possibly through a TTL field) Support of multiple points of attachment Support for broadcast and multicast No significant service delay after attachment No less secure than existing bridged solutions Compatibility with IEEE VLANs and the Ethernet service model No RFCs yet, Dec 2008: Re-charter or shut down the WG http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-trill-prob-06.txt 117
Optikai architektúrák (kétrétegő) valami WDM felett: EPS (elektronikus csomag kapcsolás (IP, Ethernet, MPLS, stb.)) OTDM (Optikai idıosztásos nyalábolás) OCDM (Optikai kódosztásos nyalábolás) OPS (Optikai csomag kapcsolás) 118
Elektronikai sebesség a szők keresztmetszet? Optika elektronika optika? Már nem az elektronika sebessége a szők keresztmetszet, hanem a fogyasztás! Legyen egyszerő, legyen olcsó: CAPEX + OPEX (beruházási és üzemeltetési költség együtt!) Ezért a hatékonyságból inkább áldozunk... Architektúrák: Alul : C/D WDM Fölötte (ebben az idıbeli sorrendben): EPS (elektronikus csomag kapcsolás (IP, Ethernet, MPLS, stb.)) OTDM (Optikai idıosztásos nyalábolás) OCDM (Optikai kódosztásos nyalábolás) OPS (Optikai csomag kapcsolás) 119
1. EPS + WDM EPS (elektronikus csomag kapcsolás (IP, Ethernet, MPLS, stb.)) IP csomagokat vagy Ethernet kereteket IP vagy Ethernet kapcsolóval, optikai interfésszel közvetlenül hullámhosszakon továbbítunk. Jelenleg is van, legfeljebb SDH/OTN van még közte Két vagy háromrétegő architektúra Egyszerő, viszonylag olcsó Forgalomkötegelés (traffic grooming) Ez az ami az MPLS-TP architektúrának is megfelel 120
WDM kapcsolás áramkörkapcsolás - térkapcsolás Egyszerő, olcsó, gyors sem kell legyen sok megoldás van már 121
2 réteg: EPS + WDM TDM λxc fibres wavelengths hybrid XC 122
Mi a forgalom-kötegelés (Traffic Grooming)? C A B D C A B D C A B D 123
2. OTDM + WDM Lassúbb elektronikus jelek bitjeibıl nagyon keskeny (rövid) optikai impulzusokat generálunk Ezeket kis késleltetéskülönbséggel ciklikusan idıben nyaláboljuk Bontás is így történik. Egyszerő, olcsó. Az egyes WDM csatornáknak így finomabb granularitást biztosítunk. Pl. fényszálanként 40 WDM csatorna WDM csatornánként 40 x 1 Gbit/s vagy 4 x 10 Gbit/s 124
OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 125
OTDMA Forrás: Kaminov et al.: Academic Press 2008, Optical Fiber Telecommunications V Volume B Systems and Networks Feb.2008 ebook 126
3. OCDM + WDM - Osztott közeg - PON - Grooming: ütközés feloldás puffer nélkül! - Akár aszinkron is lehet!!! Egy OCDMA PON mőködési elve Forrás: Xu Wang, Naoya Wada, Taro Hamanaka, Tetsuya Miyazaki, Gabriella Cincotti, Kenichi Kitayama, OCDMA over WDM Transmission, ICTON 2007 127
OCDMA Egy kód: Pl 16 bites chipre kódolunk egy bitet. Ortogánilás kód Térben (polarizáció, módus, fázis, stb. is ide értendı, fénysál, hullámhossz, stb.) Idı: Szinkron vagy aszinkron? 128
Egy bonyolultabb OCDMA példa Forrás: Xu Wang, Naoya Wada, Taro Hamanaka, Tetsuya Miyazaki, Gabriella Cincotti, Kenichi Kitayama, OCDMA over WDM Transmission, ICTON 2007 129
OCDM + WDM: elınyök-hátrányok Vesztünk sávszélességet a CDM miatt!!! Nyerünk, mert egyszerő: Aszinkron a rendszer semmit sem kell szinkronizálni, késleltetni! Passzív a rendszer Nem kell puffer Tetszıleges granularitás!!! Mi jobb? (itt csak C-band!) 100 lambda x 10 OCDMA x 1Gbit/s vagy 10 lambda x 100 OCDMA x 1Gbit/s 130
4. OPS + WDM OPS: Tisztán optikai csomabgapcsolás: OPS (Optical Packet Switching) Alapfunkciók: Fejrészfeldolgozás Ütközés kezelés (pufferelés) Továbbítás/kapcsolás Vezérlés A fejrész hogyan lesz kódolva? Cím vagy Cimke? Stripping vagy swapping? (címke hámozás vagy csere?) Szétkapjuk a csomagot soros-párhuzamos átalakítással több hullámhosszra? 131
An Optical Packet Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press 2008 Figure 16.10 KEOPS optical packet format (courtesy of [39]) 132
OPS általános architektúra (Forrás: Andrea Blanco Redondo, Robotiker, Networks 2008) 133
OPS: Optical Packet Switch (Optikai csomagkapcsoló) SNB: Strictly Non Blocking 12x12 3 fényszál 4 hullámhossz SPN: Shared Per Node TWC TWC: Tunable Wavelength Converter 4-4 megosztott hullámhossz átalakító MS-SPN: Multi-Stage Shared Per Node TWC Forrás: Carla Raffaelli, Michele Savi, ICTON 2007: Cost Comparison of All-Optical Packet Switches with Shared Wavelength Converters 134
Synchronous vs asynchronous Fix vs. Variable packet length Figure 16.9: Optical router architecture with (a) synchronous and fixed-length packet forwarding, and (b) asynchronous and variablelength packet forwarding Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press 2008 135
Table 16.1: Optical switching technologies for OCS, OBS, and OPS. Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press 2008 136
Table 16.2: Optical header (label) encoding technique comparisons. Forrás: Kaminov et al.: Optical Fiber Telecommunications, V Volume B, Systems and Networks Feb.2008 ebook, Academic Press 2008 137
www.opmigua.com MultiGranular Switching Optical Circuit + Packet Switching Optical Migration Capable Networks with Service Guarantee Telenor project 2004-2006 PS: Packet separator 138
OLS: LASAGNE Label Swapper and Packet Router (Optical Label Switching) 139
Label Stripping Belépés: többszörös felülcimkézés (Ingress Nodes: Stacking Labels (Source Routing)) Belsı csomópont: Cimke hámozás (Inner Nodes: Stripping Labels one-byone) Kilépés: Cimkék elfogytak (Egress Nodes: Bottom of Stack) Packet Label 3 Label 2 Label 1 Node 1 Packet Label 3 Label 2 Node 2 Packet Label 3 Node 3 Packet 140
Optikai memóriák (Forrás: Ken-ichi Kitayama, APOC 2008) 141
Access: xpon (EPON, GPON) 16 slide DOCSIS 3.0 xdsl Etc. Vida Rolitol 142
PON: Passive Optical Network http://infovilag.hu/hir-12681-korszakvalto-muszakitechnologia.html Korszakváltó mőszaki-technológia fejlesztés kezdıdik a Magyar Telekomnál fénysebességő adatáramlás optikai kábelen Infovilág, 2008-09-23 15:51 - Szerkesztı: Kulcsár László A Magyar Telekom ma bejelentette az új generációs hozzáférési stratégiáját, amelynek alapján a vállalat új generációs optikai és kábelhálózatok fejlesztésébe kezd, hogy a vezetékes és mobil szélessáv területén betöltött vezetı szerepét megerısítve, a jelenleginél is sokkal gyorsabb vezetékes szélessávú hozzáférést nyújtson. 2013 végére a Magyar Telekom mintegy 780 ezer háztartást szeretne elérni «optikai kábel a fogyasztó lakásához» (FTTH > fiber-to-the-home) hálózattal, valamint további 380 ezer, kábelhálózattal ellátott háztartásban EuroDocsis 3.0 technológiával fejleszti tovább hálózatát. (A cikkünkhöz mellékelt képek illusztrációk.) 143
PON Magyarországon Max 100 Mbit/s háztartásonként Forrás: http://infovilag.hu/hir-12681-korszakvalto-muszaki-technologia.html Pl. HDTV, videóletöltés, gyors internet-hozzáférés 2009 végére 200 ezer G-PON és 380 ezer háztartásban az EuroDocsis 3.0 144
145
Greenfield open passive infrastructure for multi-operators Forrás: Alcatel-Lucent: Building the Fibre Nation, Progress and Policies 146
N pont-pont, 1:N aktív, 1:N passzív Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November Central Office Aktív elosztó pont Passzív elosztó pont Central Office 147
Passzív optikai hálózatok áttekintés Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November Lefelé irány (egyszálas - rendszer) 1490 nm Felfelé irány: 1310 nm RF videó (ha használva van) 1555 nm ONT1 E1 Telefon HSI E1 GbE (10 GbE) NB BB Access Node CC OLT TDM TDMA 1:N ONT2 1:32 Optikai osztó VoIP Videó POTS TDM TDMA CC NB BB OLT ONT Time Division Multiplex Time Division Multiple Access Cross Connect Narrow Band Broadband Optical Line Termination Optical Network Termination Max. 20 km fizikai távolság VoIP ONT32 HSI Videó POTS 148
Idıosztás és hullámhossz-osztás alkalmazása Lefelé irány (DS): pont multipont hálózat Az OLT kezeli a teljes sávszélességet Felfelé irány (US): multipont pont hálózat Az ONT-k csak az OLT irányában kommunikálnak Az ONT-k nem érzékelik egymás forgalmát Az ONT-k adatforgalma ütközhet Szét kell választani a forgalmakat TDMA WDMA Forrás: Jeszenıi Péter: A GPON rendszer, 2008 November 149